适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第六章课时规范练32电解池金属的腐蚀与防护新人教版

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课时规范练32
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.(2022广东卷,10)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)
A.阴极发生的反应为Mg-2e-Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
答案:C
解析:阴极发生还原反应,Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;阳极消耗Al、Mg,且还会形成阳极泥,而阴极只有Al3+得电子生成铝单质,根据电子转移守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。
2.架设高压直流电线的电线塔上的瓷绝缘子时常会出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
答案:C
解析:锌环与电源的正极相连,作电解池的阳极,A正确;断电时,Zn比铁活泼,作负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,C错误。
3.下列关于如图装置说法正确的是(　　)

A.装置中电子移动的途径是:电源负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B.若M为NaCl,通电一段时间后,溶液中可能有NaClO
C.若M为FeCl2,可以实现石墨上镀铁
D.若M溶液是海水,该装置利用“牺牲阳极法”保护铁
答案:B
解析:装置中电子移动的途径:电源负极→Fe电极,溶液中的阴离子在阳极(石墨)放电→电源的正极,A错误;若M为NaCl,通电时阳极产生Cl2,阴极产生H2和NaOH,NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO,所以溶液中可能有NaClO,B正确;若M为FeCl2,在阳极(石墨)上溶液中的Cl-失去电子生成Cl2,所以不可能实现石墨上镀铁,C错误;若M溶液是海水,该装置是电解池,利用了“外加电流法”保护铁,D错误。
4.(2021江苏卷,12)通过下列方法可分别获得H2和O2:①通过电解获得NiOOH和H2(如图);②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是(　　)

A.电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B.电解时阳极电极反应式:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
C.电解的总反应方程式:2H2O2H2↑+O2↑
D.电解过程中转移4 mol电子,理论上可获得22.4 L O2
答案:B
解析:阴极水电离的H+得电子生成氢气,阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH,电解过程总反应为2Ni(OH)22NiOOH+H2↑,电解后KOH溶液的物质的量浓度不变,A错误,C错误;电解过程中转移4mol电子时生成4molNiOOH,根据反应4NiOOH+2H2O4Ni(OH)2+O2↑可知,同时生成1mol氧气,在标准状况下的体积为22.4L,但题中未指明O2所处的环境,D错误。
5.(2023河北邯郸十校联考)我国科学家开发出一种双极制氢系统,在低电池电压下的KOH介质中,可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.泡沫铜与直流电源的正极相连
B.制得1 mol氢气,理论上外电路中迁移了2 mol电子
C.高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D.泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO+4OH--2e-2RCOO-+H2↑+2H2O
答案:B
解析:由图中OH-的移动方向可知,泡沫铜是阳极,与直流电源的正极相连,A正确;阴极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,阳极反应式为2RCHO+4OH--2e-2RCOO-+H2↑+2H2O,转移2mol电子时两极上共生成2molH2,B错误,D正确;铜是活性电极,高压电可能使Cu放电生成Cu2+,引起催化剂失活,C正确。
6.电解法处理含有Cl-、N的酸性废水,其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示,H表示氢原子。下列说法错误的是(　　)

A.电极b接电源负极
B.处理1 mol N,电路中转移5 mol e-
C.HClO在阳极生成:Cl-+H2O-2e-HClO+H+
D.H与N反应的方程式为8H+N+2H+N+3H2O
答案:B
解析:电极b上N被还原生成N,则电极b是阴极,接电源的负极,A正确;N→N,N元素化合价由+5价降低到-3价,则处理1molN时,电路中转移8mole-,B错误;电极a是阳极,Cl-放电生成HClO,电极反应式为Cl-+H2O-2e-HClO+H+,C正确;根据铁的化合物的催化机理可知,N、H+和H反应生成N,反应的方程式为8H+N+2H+N+3H2O,D正确。
7.(2021广东卷,16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)

A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
答案:D
解析:该装置为电解池,石墨电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,Ⅰ室中H+增多,生成的H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,钴电极为阴极,电极反应式为Co2++2e-Co,Ⅲ室中阴离子增多,Cl-通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动,电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+。H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,使Ⅱ室中H+浓度增大,溶液pH减小,A错误;阴极生成1mol钴,阳极有1mol水放电,则Ⅰ室溶液质量减少18g,B错误;若移除离子交换膜,氯离子的放电能力强于水,氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,则移除离子交换膜,石墨电极的电极反应会发生变化,C错误;电解总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D正确。
8.(2023湖北襄阳模拟改编)利用如图装置可持续生产两种消毒剂,其中甲池生产过氧化氢。a、d均为包裹催化剂的惰性电极,b、c为共用的Ni(OH)2、NiOOH电极。通过电极反应在甲、乙池间转运某些离子。调节电源的电流,使b、c电极的净组成不变。下列说法错误的是(　　)

A.乙池生产的消毒剂是HClO
B.生产过程OH-从甲池转运至乙池
C.b电极反应式:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
D.理论上甲、乙池生成的消毒剂的物质的量之比为2∶1
答案:D
解析:乙池中d电极连接电源的正极,d电极为阳极,d电极上氯离子放电生成氯气,生成的氯气再和水反应生成HClO,HClO为消毒剂,A正确;a电极为阴极,b电极为阳极,OH-先迁移到b电极,参与电极反应:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,c电极为阴极,电极反应为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,生成的氢氧根再迁移到乙池中,B正确;b电极与电源正极相连,为阳极,Ni(OH)2失电子发生氧化反应,电极反应为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,C正确;甲池中生成消毒剂的反应为O2+2e-+2H2OH2O2+2OH-,乙池中生成消毒剂的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑、Cl2+H2OHCl+HClO,故转移2mol电子时,生成1molH2O2和1molHClO,其物质的量之比为1∶1,D错误。
9.铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高,工业中以铝为阳极,置于硫酸溶液中电解,装置如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.阳极电极反应式为2Al-6e-+6OH-Al2O3+3H2O
B.随着电解的进行,溶液的pH逐渐增大
C.当阴极生成气体3.36 L(标准状况)时,阳极增重2.4 g
D.电解过程中H+移向铝电极
答案:C
解析:硫酸溶液显酸性,阳极反应式为2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+,A错误;阴极反应式为6H++6e-3H2↑,电解过程中H2O减少,溶液pH减小,B错误;阴极反应为2H++2e-H2↑,生成标准状况下3.36LH2(0.15mol),电路中通过0.3mol电子,阳极生成0.05molAl2O3,质量增加0.05mol×3×16g·mol-1=2.4g,C正确;电解过程中H+移向阴极(石墨电极),D错误。
10.(2023广东潮州模拟)一种氯离子参与的电化学合成方法,能将乙烯高效清洁、选择性地转化为环氧乙烷,电化学反应的具体过程如图所示。在电解结束后,将阴、阳极电解质溶液输出混合,便可反应生成环氧乙烷。下列说法错误的是(　　)


A.Ni电极与电源正极相连
B.该过程的总反应为CH2CH2+H2O+H2
C.工作过程中阴极附近pH增大
D.在电解液混合过程中会发生反应:HCl+KOHKCl+H2O
答案:A
解析:Pt电极区要将Cl-转化为Cl2,发生氧化反应,故Pt为阳极,Ni电极为阴极,故Ni电极与电源负极相连,A错误;根据反应历程
和阴极区的反应2H2O+2e-2OH-+H2↑可知,该过程的总反应为CH2CH2+H2O+H2,B正确;工作过程中阴极区的反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,故阴极附近pH增大,C正确;阳极区发生Cl2+H2OHCl+HClO,阴极区生成KOH,故在电解液混合过程中会发生反应HCl+KOHKCl+H2O,D正确。
11.微生物电解池(MEC)产甲烷技术是一种有望成为缓解能源危机与温室效应的重要新型途径。它以外界输入的较小电能为能量来源,以微生物为催化剂,MEC耦合厌氧消化系统产甲烷的工作原理如图。下列有关说法错误的是(　　)

A.a为电源的正极,b为电源的负极
B.电子的移动方向:从b→导线→Y电极,X电极→导线→a
C.Y电极发生的反应:CO2+8H++8e-CH4+2H2O、8H++8e-4H2↑、CO2+4H2CH4+2H2O
D.若用铅酸蓄电池为电源,理论上消耗98 g H2SO4时,此装置中有2 mol H+发生迁移
答案:D
解析:由图可知,右侧CO2得电子转化为CH4,则右侧Y电极为阴极,则电源b为负极,电源a为正极,A正确。a为电源的正极,b为电源的负极,X为阳极,Y为阴极,则电子的移动方向:从b→导线→Y电极,X电极→导线→a,B正确;Y为阴极,发生还原反应,则Y电极发生反应:CO2+8H++8e-CH4+2H2O、8H++8e-4H2↑、CO2+4H2CH4+2H2O,C正确;根据铅酸蓄电池的总反应Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O可知,若用铅酸蓄电池为电源,理论上消耗98gH2SO4时转移1mole-,根据电子守恒可知,此装置中有1molH+发生迁移,D错误。
二、非选择题
12.(2021北京卷,15)环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。

(1)①阳极室产生Cl2后发生的反应有:  　、 
CH2CH2+HClOHOCH2CH2Cl。
②结合电极反应式说明生成溶液a的原理:  　。 
(2)一定条件下,反应物按一定流速通过该装置。
电解效率η和选择性S的定义:η(B)=×100%,S(B)=×100%
①若η(EO)=100%,则溶液b的溶质为　　　　　。 
②当乙烯完全消耗时,测得η(EO)≈70%,S(EO)≈97%,推测η(EO)≈70%的原因:
Ⅰ.阳极有H2O放电
Ⅱ.阳极有乙烯放电
Ⅲ.阳极室流出液中含有Cl2和HClO
……
ⅰ.检验电解产物,推测Ⅰ不成立。需要检验的物质是　。 
ⅱ.假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,η(CO2)≈　　　　　%。经检验阳极放电产物没有CO2。 
ⅲ.实验证实推测Ⅲ成立,所用试剂及现象是 。 
可选试剂:AgNO3溶液、KI溶液、淀粉溶液、品红溶液。
答案:(1)①Cl2+H2OHCl+HClO　②阴极发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,生成OH-,K+通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极,形成KOH和KCl的混合溶液
(2)①KCl　②ⅰ.O2　ⅱ.13　ⅲ.KI溶液和淀粉溶液,溶液变蓝
解析:(2)①若η(EO)=100%,则说明在电解过程中只有乙烯中的碳元素化合价发生变化,其他元素化合价没有变,故溶液b的溶质为KCl;②ⅰ.阳极有H2O放电时会产生氧气,故需要检验的物质是O2;ⅱ.设生成的EO的物质的量为amol,则转化的乙烯的物质的量为mol;生成EO转化的电子的物质的量为2amol;此过程转移电子的总物质的量为mol;生成CO2的物质的量为2××3%mol;生成CO2转移的电子的物质的量为2××3%×6mol,则有η(CO2)=≈13%。